[发明专利]一种摄像机图像快速压缩方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及数字成像技术领域，尤其是工业视觉成像图像压缩技术领域，特指一种摄像机图像快速压缩方法。

背景技术

视觉成像技术被广泛应用军事、工业、民用、消费等诸多领域。随着数字成像技术的快速发展，图像传感器成像分辨率越来越大，图像帧率越来越高，在成像过程中产生海量图像信号，给图像采集和存储带来巨大压力。图像数据是高度冗余的，这决定了其具有可压缩性。因此，通过图像压缩，可以在保证一定信息量前提下，大幅降低图像数据量，以利于图像存储与传输。

目前，在消费电子领域，多采用MPEG、H.264、H.265等压缩格式对成像图像进行压缩。在工业视觉领域，由于图像分辨率高、帧率高，上述图像压缩方法很难满足实时压缩的应用需求。虽然，已有学者采用FPGA或多个DSP组合，以并行方式实现了基于JPEG的工业摄像机图像压缩，但是，JPEG图像压缩算法的复杂度高，图像压缩的能力，严重依赖于处理器(FPGA和DSP)的性能。因此，这种图像压缩方式，不能适应更高分辨率、更高帧率的图像压缩任务，并且存在硬件成本高、功耗高等显著问题。

为此，迫切需要一种低成本、低复杂度的快速图像压缩方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：现有图像压缩方法，存在计算复杂度高，难以满足高分辨率、高帧率图像实时压缩需求。

为解决上述问题，本发明公开一种摄像机图像快速压缩方法，其特征在于：在摄像机图像采集过程中，直接丢弃部分像素，以实现图像快速压缩。

具体实现方法是：在摄像机中存储一个图像压缩标记矩阵F，F的维数为w*h，其中，w、h分别为采集图像的宽度和高度，w、h的取值范围为1～100000，F中元素取值为0或1；在摄像机图像采集过程中，根据图像传感器输出的场同步信号V、行同步信号H、像素时钟C，计算当前像素P在图像中坐标(i,j)，根据图像坐标(i,j)，取出图像压缩标记矩阵F中对应位置处元素F(i,j)，当F(i,j)＝0时，丢弃当前像素P，当F(i,j)＝1时，保留当前像素P；在图像压缩过程中，当完成一行图像压缩后，对该行内保留像素按时间顺序排列成新的一行图像，将新的一行图像作为一个数据包用于存储或传输或根据该行保留像素数量生成新的行同步信号H'。

优选地，图像压缩标记矩阵F中元素F(i,j)取值是随机的。

优选地，图像压缩标记矩阵F中元素F(i,j)满足二项分布：

F(i,j)＝b(r)(1)

其中，b是二项分布函数，r是二项分布函数输出值等于1的概率，r取值范围为0～1；图像压缩率与二项分布b()的输入参数r相等，通过调整r调整图像压缩率。

使图像压缩标记矩阵F中所有行向量F(i,:)内元素之和S(i)相等，以保证每一行压缩图像中像素数量相等，其中，F(i,:)是F第i行中所有元素构成的向量，i的取值范围为1～h。

当二项分布生成的图像压缩标记矩阵F中h个S(i)不相等时，取h个S(i)的均值M，并对M取整数得到M'；手动修改图像压缩标记矩阵F中行向量F(i,:)内元素，使F中所有S(i)＝M'；在修改过程中，修改的元素均匀散布于行向量F(i,:)中。

本发明有益效果是：与现有技术在图像频域(比如JPEG、H.264、H.265)进行图像压缩的算法原理是不同的，本发明方法直接在图像采集过程中，直接执行像素丢弃或保留操作，实现图像压缩。直接对像素进行丢弃操作实现压缩的优点是：通过FPGA等硬件可以实现与像素时钟同步压缩，处理时间仅为1个像素时钟，与现有基于图像块的频域图像压缩方法相比，复杂度更低。这种单像素时钟的图像压缩方法所带来的好处是：成本低、功耗低，只要成像器件能够成像，即可实现任意分辨率、任意帧率的图像压缩。因此，本发明方法，不仅可以用于工业摄像机，还可以用于高速摄像机。此外，为避免压缩图像在存储或传输过程中因数据丢失导致压缩后像素排列顺序被破坏的问题，在图像压缩过程中，本发明不是以整幅压缩图像为数据包，而是以图像压缩过程中一行压缩图像为数据包，用于存储或传输，这样带来的好处是：通过将整幅图像划分为h个数据包，在数据包存储或传输过程中，当某一个数据包在传输过程中丢失，也不影响整幅图像的重建。从而提升图像压缩和后端解压缩的鲁棒性。

附图说明

图1本发明图像压缩工作原理

其中，图1(a)是输入图像，图1(b)是图像压缩标记矩阵，图1(c)是像素丢弃结果，图1(d)是压缩图像，图1(e)是原始像素，图1(f)是丢弃像素；

图2压缩图像重建原理